Estudio observacional de remanentes de supernova asociados con fuentes de radiación gamma

• Autores: Supán, Jorge Leonardo
• Año de publicación: 2017
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Castelletti, Gabriela
• Materia: REMANENTES DE SUPERNOVA; RADIOGALAXIAS; MEDIO INTERESTELAR; FUENTES DE RAYOS GAMMA; CONTINUO DE RADIO; OBSERVACIONES MULTIFRECUENCIA; SUPERNOVA REMNANTS; RADIO GALAXIES; INTERSTELLAR MEDIUM; GAMMA-RAY SOURCES; RADIO CONTINUUM; MULTIFREQUENCY OBSERVATIONS
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Los restos o remanentes de supernova (RSNs) son objetos astrofísicos que resultan del colapso gravitacional de estrellas masivas (M > 8 M⊙) [fórmula aproximada, revisar la misma en el original] o de la explosión termonuclear de enanas blancas en sistemas binarios. En tales eventos se crean poderosas ondas de choque que barren el medio interestelar (MIE), modificando de modo irreversible su composición y dinámica. Debido a la enorme cantidad de energía liberada en una supernova (∼1051 erg) y a la tasa de producción de estos eventos en nuestra Galaxia (1-2 por centuria), estos objetos y sus remanentes podrían ser responsables del flujo de rayos cósmicos (RCs) observado en Tierra hasta energías de 1015-1016 eV. Esta idea, conocida como el “paradigma de los RSNs”, aún requiere resolver algunas cuestiones fundamentales relacionadas con la inyección de partículas en el proceso de aceleración, los parámetros físicos que regulan dicho proceso, la influencia del MIE, etc. En este sentido, el estudio espectral de RSNs –especialmente en las bandas de radio y rayos– constituye un poderoso diagnóstico sobre los mecanismos de aceleración de partículas en los frentes de choque, pues permite trazar la distribución de energía de los electrones relativistas responsables de la radiación observada. Esta línea de investigación, junto con la identificación observacional de sitios de interacción entre RSNs en expansión y el medio circundante, permite aportar pruebas confiables sobre la capacidad de estos objetos para acelerar no solo electrones sino también protones, principales constituyentes de los RCs. En esta disertación se estudian tres objetos, los cuales son fuertes emisores de radiación de sincrotrón en ondas de radio. Los mismos han sido propuestos como contrapartes de fuentes gamma en el rango de los TeV, aunque la asociación física entre la emisión en ambos regímenes espectrales es todavía un tema de discusión. La muestra de objetos investigados se compone de dos RSNs Galácticos, G15.4+0.1 y G338.3–0.0, y una tercera fuente, denominada G29.37+0.1, la cual corresponder ́ıa a una superposición en la línea de vista de un nuevo RSN Galáctico y una radiogalaxia reconocidos como tales en este trabajo de tesis. Con el objetivo de investigar observacionalmente los procesos de aceleración en RSNs (y radiogalaxias) vinculados a la radiación detectada hasta energ ́ıas de los TeV, se realizó un estudio multiespectral de cada una de las fuentes seleccionadas, incluyendo la búsqueda e identificación de sitios de interacción entre los frentes de choque en expansión y el material molecular y atómico del MIE. El estudio realizado proporciona información confiable para avanzar en la comprensión de los interrogantes teóricos vigentes. Las bases de datos en ondas de radio provienen de observaciones dedicadas realizadas especialmente en el contexto de esta tesis con el radiointerferómetro Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT, India). El estudio multifrecuencia en rayos X, submilimétrico e infrarrojo, complementario a la emisión de estos RSNs en ondas de radio, fue realizado a partir del reprocesamiento de datos adquiridos con los telescopios orbitales XMM-Newton y Chandra, y de observaciones provenientes de relevamientos de uso público. Los resultados obtenidos en las diversas ventanas del espectro electromagnético fueron además utilizados para trazar la distribución espectral de energía correspondiente a la radiación emitida por estas fuentes desde las ondas de radio hasta los rayos gamma.
Supernova remnants (SNRs) are astrophysical objects resulting from the gravitational collapse of massive (M > 8 M⊙) [fórmula aproximada, revisar la misma en el original] stars or the thermonuclear explosion of white dwarfs in binary systems. In such events, powerful shock waves are created, which sweep up the interstellar medium (ISM) modifying its composition and dynamics in an irreversible way. Due to the enormous amount of energy released in a supernova (∼1051 erg) and the rate of these events in our Galaxy (1-2 per century), these objects and their remnants are proposed to be responsible for the flux of cosmic rays (CRs) observed in the Earth up to energies of 1015-1016 eV. This idea, known as the “SNR paradigm”, has still some unsolved fundamental questions related to the injection of particles in the acceleration process, the physical parameters that control such process, the influence of the ISM, etc. In this sense, the spectral study of SNRs –specially in the radio and X-ray bands– constitutes a powerful diagnostic tool on particle acceleration mechanisms in shock fronts, since it allows us to trace the energy distribution of the relativistic electrons responsible for the observed emission. This investigation line, together with observational identification of the sites of interaction between expanding SNRs and the surrounding medium, provide reliable evidence on the capability of these objects to accelerate not only electrons but protons, the main constituents of CRs. In this dissertation three objects were studied, all of them strong emitters of synchrotron radiation in radio waves. They have been proposed as counterparts of gamma-ray sources in the TeV range, although the physical association between the emission in both spectral regimes is still a matter of discussion. The sample of investigated objects consists of two Galactic SNRs, G15.4+0.1 and G338.3–0.0, and a third source, namely G29.37+0.1, which would correspond to an overlap in the line of sight of a new Galactic SNR and a radio galaxy recognized as such in this thesis work. With the goal of investigating, using observational data, the acceleration processes in SNRs (and radio galaxies) linked to the radiation detected up to energies of TeV, a multispectral study was conducted for each source, including the search and identification of interaction sites of the expanding shock fronts with the molecular and atomic material in the ISM. This study provides reliable information to advance in the understanding of current theoretical questions. The radio-wave databases were obtained from dedicated observations, especially carried out in the context of this thesis with the radio interferometer Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT, India). The multifrequency study in X rays, submillimeter and infrared, complementary to the emission of SNRs in radio waves, was carried out on the basis of reprocessed data obtained with the orbital telescopes XMM-Newton and Chandra, and by using observations from public surveys. The new results acquired in different windows of the electromagnetic spectrum were also used to trace the spectral energy distribution corresponding to the radiation emitted by these sources from radio to gamma rays.
Fil: Supán, Jorge Leonardo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.